1引言
为了节能降耗，新疆某电厂计划对锅炉制粉系统进行自动控制优化改造，并于2005年10月在5号炉上进行。根据本厂实际情况，由西安某公司作为这次制粉系统改造的设计和供货方。现对这次改造情况作一介绍、分析。
2改造前状况和优化改造分析
我厂是热电联产单位，以热定电。5号炉是主力锅炉，年平均运行小时数达到6670 h，燃煤量达139440 t，产气量1 002617 t，占全厂年产汽量的46%，2004年全年制粉单耗平均为27.4 kW/t。其制粉系统配置2台MG - 250/390型低速钢球磨煤机，采用中间仓储式，温风送粉。制粉系统运行为人为判断和手工操作的模式，人工操作本身的局限性和操作人员的责任心等因素导致制粉系统往往不能运行在最佳状态，造成球磨机耗电量大，经济效益差，甚至会发生堵煤、超压、超温或欠煤等现象，造成事故，使机组停运，造成经济损失。
制粉系统的电耗主要来自球磨机和排粉机。球磨机功率主要消耗于转动简体和提升钢球，它的运行电耗与其负荷（球磨机内存煤量）的关系不大，一般空载功率与最大功率的差值不会超过额定功率的15%。用于制粉的通风电耗与出为的关系最大影响不超过8%。因此对制粉系统的优化，主要就是对球磨机的控制改造，在一定电耗的情况下，让磨煤机工作在最大出力点附近。
根据对现场信号的观测绘出了球磨机的工作特性如图1所示：
从图1中可知，球磨机电流不是随着存煤量的增大而程线性增大，起初随着存煤量增大而增大，随着达到一个最大值后，球磨机电流随着存煤量增大反而减��；球磨机的最大出力点与存煤量的关系也亦然，球磨机负荷音频曲线随着存煤量的增大逐渐减小。为了使用方便，将该曲线作求反处理得出曲线④。将图分为3个区域分别用I、Ⅱ和Ⅲ标注，可知在工区中球磨机的功率达到最大，但出力却没有达到最大，所以该区不是系统运行的最优区域；在Ⅲ区，存煤量很大，容易出现满磨，因此Ⅲ区也不是最佳运行区域；在Ⅱ区，制粉出力接近最大出力点，该区应当是系统运行的最优区域。
球磨机制粉量的大小受磨制出力、干燥出力和通风出力三者的限制，且等于三者中的较小者。制粉系统在最经济工况下运行，不仅要维持磨煤出力最大，同时还要保证最佳的通风出力和干燥出力。就磨煤机而言，满足煤粉细度要求的制粉出力取决于两方面的因素：一是磨煤机的磨制能力，它不仅取决子磨煤出力，而且还受干燥出力的影响，提高磨煤机入口温度可以改善磨煤条件，即增加干燥出力可使磨煤出力提高；二是通风携带煤粉的能力，主要由风量决定。一般来说，使磨煤出力最大时的通风量都不是最佳通风量，因为这时通风龟耗过大甚至会超过磨煤电耗的节省，所以，只要达到磨煤和通风电耗为最小的通风量，才称之为最佳通风量。此时，虽不能达到最大的磨煤出力，但可使瞎煤机在最经济方式下运行。这需要对制粉系统的磨煤出力、干燥出力和通风出力进行综合协调控制。
3改造原理及实施方案
制粉系统是一个大惯性、纯滞后、动态特性复杂
且参数时变的系统，其主要有如下几个重要的特点：
①制粉系统具有多个变量，其中重要的变量有：出入口温度、入口负压、球磨机负荷、出入口压差、排粉机电流和球磨电流等。
②制粉系统具有强耦合性。球磨机的最佳出力需要干燥出力、磨煤出力和通风出力三者均达到最佳，这3个出力分别对应着3个控制回路即热风量也即出口温度调节回路，球磨机负荷调节回路和再循环风量即出人口压差调节回路。调节这3个回路中的任意一个变量都会引起其他2个回路变量的变化，另外2个回路进而又会影响该调节回路，从而引起系统的不稳定。
③系统具有纯滞后的特点。主要表现在球磨机负荷即存煤量对给煤变化的响应时间长；球磨机出口温度对热风门调节的响应时间长；入口负压对再循环风门调节的响应时间长。
④系统的时变特性。由于煤质、钢球、护甲等外在因素造成的系统特性的改变也是一个无法忽略的问题，系统在运行一段之后，其运行特性都将发生改变，因此固定不变的控制算法无法适应时变的球磨机系统。
磨煤机运行于经济工况下的基本控制策略是：在维持最佳通风量和出口温度均在正常范围之内时（而不是在某一点），尽量加大给煤量，寻找最佳经济工作点。为此需组成以磨机负荷、出入口差压、出口温度、人口负压和磨机电流为输入的检测量，分别控制热风门、循环风门和给煤量的3交量输入、3变量输出系统。高温风量改变对磨煤机人口负压的扰动，利用增大再循环风门的调节速度，降低热风门的调节速度，尽量减少和不用冷风门参与调节来解决。
3.1球磨机内装煤量检测
球磨机负荷是制粉系统控制对象的核心，如何测量球磨机负荷是一个关键问题。磨煤机内煤块、钢球和村板相互碰撞产生噪音，该噪音随着磨煤机内装煤量的变化而变化。装煤较少时，钢球、衬板碰撞的几率大、能量大，产生的噪音大；随着装煤量增多，煤块的不断填充，与钢球、衬板碰撞的几率减小、能量变小，产生的噪音也减小。根据观测得知，磨音信号随着球磨机负荷舶增加逐渐减小，在球磨机负荷与磨音信号之间存在着较好的线性关系，因此，用音频传感器就可以检测到磨煤机装煤变化的多少，只要对音频信号作取反处理，即可得到球磨机负荷与磨音信号之间的近似正比例关系。磨音传感变送器正是基于此原理，实现对球磨机发出的负荷音频信号进行采集并作信号处理、滤波以及变进的作用，使输出的音频信号真实可信，能够比较准确的反映出球磨机负荷的变化。此外，测量磨音信号，可以有效的实现3个回路的解耦问题，使控制变得简单。
3.2给煤量的控制
针对磨煤机大惯性、纯滞后及参数时变的特点，采用白寻优——模糊PI相结合的控制策略及双层控制结构，如图2所示。图中自寻优控制器的作用是给出一个适当的设定值R；而模糊PI控制器则保证了被控对象的输出可以跟随该设定值。自寻优的引入，使控制系统能够实时跟踪最大出力点，保证磨煤机始终运行在最佳工况，从而真正起到节能降耗的效果。自寻优——模糊PI相结合的控制策略，不仅可以保证磨煤机始终运行在最佳状态下，而且能达到安全节能、提高产品质量和产量的目的。
三门峡富通新能源销售球磨机、雷蒙磨、雷蒙磨配件、雷蒙磨粉机等。
